Khả năng chuyển vị ngang của cọc trong thi công mố cầu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -˜&™ - NGUYỄN KHOA KHANH KHẢ NĂNG CHUYỂN VỊ NGANG CỦA CỌC TRONG THI CÔNG MỐ CẦU Chuyên ngành : XÂY DỰNG CẦU - HẦM Mã số ngành : 60.58.25 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2009 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS BÙI TRƯỜNG SƠN Cán chấm nhận xét : TS VÕ PHÁN Cán chấm nhận xét :TS LÊ BÁ VINH Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 17 tháng 10 năm 2009 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH Độc lập – Tự – Hạnh phúc Ngày 02 tháng Năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên Ngày tháng năm sinh Chuyên ngành Khóa : NGUYỄN KHOA KHANH : 16 – 10 – 1975 : Xây dựng Cầu – Hầm : 2007 Phái : Nam Nơi sinh : Phú Yên Mã số ngành : 60.58.25 MSHV :03807478 I – Tên đề tài: KHẢ NĂNG CHUYỂN VỊ NGANG CỦA CỌC TRONG THI CÔNG MỐ CẦU II – Nhiệm vụ nội dung luận văn: 1-Nhiệm vụ: Đánh giá khả chuyển vị ngang cọc q trình thi cơng đóng cọc mố cầu tải trọng khối đất đắp đường dẫn vào cầu sau mố thiết bị thi công Dựa vào kết tính tốn, dự báo khả chuyển vị đưa giải pháp thiết kế, thi công hợp lý 2-Nội dung luận văn: Mở đầu Chương 1: Một số kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm chuyển vị ngang cọc tác dụng khối đất kế cận mố cầu Chương 2: Phương pháp tính tốn mức độ chuyển vị ngang cọc tác dụng tải trọng khối đất đắp thiết bị thi công Chương 3: Phân bố ứng suất dọc theo thân cọc tác dụng tải trọng bề mặt Chương 4: Đánh giá khả mức độ chuyển vị ngang cọc thi công mố cầu Kết luận kiến nghị III Ngày giao nhiệm vụ: 02 – 02 - 2009 IV Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 02 – - 2009 V Họ tên cán hướng dẫn: TS BÙI TRƯỜNG SƠN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS BÙI TRƯỜNG SƠN TS LÊ BÁ KHÁNH PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com LỜI CẢM ƠN Qua thời gian học tập nghiên cứu Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh, dẫn tận tình quý thầy cơ, tơi cảm thấy tích lũy nhiều kiến thức khoa học lĩnh vực chuyên ngành Chính kiến thức quý báu trình học tập Trường hỗ trợ bạn bè, đồng nghiệp gia đình giúp tơi hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn chân thành đến thầy cô, cán Trường Đại học Bách khoa, đặc biệt thầy TS Bùi Trường Sơn tận tình bảo hướng dẫn thời gian viết hoàn thành luận văn Xin cảm ơn bạn học với lớp cao học K2007 nghành Cầu – Hầm hỗ trợ tơi q trình học tập Xin cảm ơn lãnh đạo, bạn bè, đồng nghiệp công tác với Sở GTVT Phú Yên tạo điều kiện để tơi hồn thành khóa học Xin cảm ơn gia đình động viên tơi suốt thời gian học tập thực luận văn./ PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com TÓM TẮT Cọc mố cầu bị chuyển vị ngang trình thi cơng Hiện tượng cọc chuyển vị ngang tác động tải trọng khối đất đắp đường dẫn vào cầu sau mố thiết bị thi công Đề tài “Khả chuyển vị ngang cọc thi cơng mố cầu” thực có xét phân bố ứng suất giới hạn sở công thức thực nghiệm điều kiện tốn phẳng Kết tính tốn cho thấy cọc mố cầu đất yếu đất rời bị chuyển vị ngang Giá trị chuyển vị ngang vượt giới hạn cho phép Kết phân tích số trường hợp cho phép đánh giá mức độ chuyển vị ngang đầu cọc q trình thi cơng, từ chọn lựa biện pháp thi công phù hợp tránh tượng chuyển vị giới hạn cho phép PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com SUMMARY Pile of bridge abutment can be moved in horizontal direction during construction The phenomenon of pile horizontal movement is caused by loading of fill up soil backfilling behind bridge abument wings and construction equipments Topic “Possibility of pile horizontal movement in construction bridge abutment” is carries out accounting the influence of the stress distribution in bounded elastic ground on base experimental formulas in condition on plane problem Calculating results show that the pile of bridge abutment in soft soil and cohesionless soil can be move in horizontal direction The value of the horizontal movement can be exceeds limited level in some special cases Analysis results and observation test results allow to evaluate the horizontal movement of the head pile during construction, therefore we can choose a reasonable contruction method to avoid the deviation horizontal movement that exceeds limited level PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com MỤC LỤC MỞ ĐẦU Đặt vấn đề nghiên cứu Ý nghĩa thực tiễn đề tài Mục đích đề tài Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM VỀ CHUYỂN VỊ NGANG CỦA CỌC DƯỚI TÁC DỤNG CỦA KHỐI ĐẤT KẾ CẬN MỐ CẦU 1.1 Một số kết nghiên cứu chuyển vị ngang cọc tác dụng khối đất đắp kế cận 1.2 Các nguyên nhân ảnh hưởng chuyển vị ngang cọc 11 1.3 Vận dụng phân tích vào giải thí nghiệm Heyman Boersma (1961), Leussink Wens (1969) 17 1.4 Nhận xét nhiệm vụ đề tài 20 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN MỨC ĐỘ CHUYỂN VỊ NGANG CỦA CỌC DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG KHỐI ĐẤT ĐẮP VÀ THIẾT BỊ THI CÔNG 2.1 Hệ số phản lực ngang 21 2.2 Ảnh hưởng bề rộng cọc lên hệ số phản lực 24 2.3 Các giá trị hệ số phản lực đề nghị 25 2.4 Phân tích kết thí nghiệm tính tốn cọc đất rời chịu tác dụng tải trọng ngang 26 2.5 Phân tích kết thí nghiệm cọc đất dính chịu tác dụng tải trọng ngang 35 2.6 Nhận xét chương 39 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com CHƯƠNG PHÂN BỐ ỨNG SUẤT DỌC THEO THÂN CỌC DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG TRÊN BỀ MẶT 3.1 Phân bố ứng suất bán không gian đàn hồi tuyến tính 40 3.2 Phân bố ứng suất vùng đàn hồi giới hạn 46 3.3 Tính tốn ứng suất vùng bán không gian vô hạn vùng giới hạn 51 3.4 Nhận xét chương 53 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG VÀ MỨC ĐỘ CHUYỂN VỊ NGANG CỦA CỌC KHI THI CƠNG MỐ CẦU 4.1 Tính tốn xác định chuyển vị ngang cọc đất rời 54 4.2 Tính tốn xác định chuyển vị ngang cọc đất yếu 56 4.3 Chuyển vị ngang cọc mố cầu đất rời 58 4.4 Chuyển vị ngang cọc mố cầu đất yếu 72 4.5 Kết luận chương 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận 85 Kiến nghị 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 LÝ LỊCH KHOA HỌC PHỤ LỤC PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com -1- MỞ ĐẦU Đặt vấn đề nghiên cứu Cơng trình cầu thường vị trí có địa hình địa chất phức tạp, thực tế, giải pháp móng cọc thường lựa chọn cho móng mố trụ cầu Trong q trình thi công cọc, tác dụng tải trọng khối đất đắp đường dẫn vào cầu sau mố thiết bị thi công, áp lực gia tăng dọc theo thân cọc gây chuyển vị ngang đầu cọc làm cọc nghiêng Đồng thời, áp lực ngang tải trọng tác dụng bề mặt đất bị giới hạn có mặt cọc có khuynh hướng có giá trị lớn đáng kể so với kết tính tốn theo phương pháp thơng thường (xem bán không gian đàn hồi tuyến tính) Dưới tác dụng áp lực gia tăng theo phương ngang, cọc bị chuyển vị ngang nghiêng Trong số trường hợp, đặc biệt đất yếu đất rời, biên độ chuyển vị ngang có giá trị lớn khơng đảm bảo điều kiện làm việc cơng trình Hiện nay, nước nước ngồi có tài liệu trình bày phương pháp đánh giá giá trị chuyển vị ngang cọc tác dụng tải trọng phân bố thẳng đứng bề mặt Đề tài trình bày sở nghiên cứu chuyển vị ngang cọc q trình thi cơng đóng cọc mố cầu để có giải pháp thiết kế thi cơng cọc hợp lý Ý nghĩa thực tiễn đề tài Xuất phát từ số cố q trình thi cơng móng cọc, cọc bị lệch tâm giới hạn cho phép trình hạ cọc, song song với việc tăng tốc đại hóa mạng lưới giao thơng năm gần tạo nên yêu cầu cấp bách phải nhanh chóng nghiên cứu phương pháp tính tốn dự báo chuyển vị ngang cọc để có giải pháp thiết kế thi cơng móng hợp lý Do kết nghiên cứu đề tài giúp kỹ sư thiết kế thi công dự tính khả nghiêng cọc tìm biện pháp khắc phục Do đó, đề tài có ý nghĩa thực tiễn cao điều kiện đất yếu đất rời loại đất phổ biến bề mặt khu vực PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com -2- Mục đích đề tài - Tổng hợp phương pháp tính tốn xác định mức độ chuyển vị ngang cọc tác dụng tải trọng thẳng đứng bề mặt, từ tìm phương pháp tính tốn hợp lý, đặc biệt điều kiện đất bị giới hạn chuyển vị theo phương ngang đất yếu đất rời theo cấu tạo địa chất phổ biến cơng trình cầu khu vực tỉnh Miền Trung Nam Bộ - Áp dụng cho cơng trình thực tế để so sánh kết tính tốn kết quan trắc Phương pháp nghiên cứu bao gồm: - Tổng hợp phân tích kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm liên quan đến vấn đề đề cập - Thu thập tài liệu điều kiện thi công thực tế, điều kiện địa chất cơng trình cụ thể hồ sơ khảo sát địa chất cơng trình khu vực - Trên sở tổng hợp phương pháp tính tốn tốn đặc thù, thiết lập chương trình phục vụ tính tốn sở điều kiện địa chất cơng trình thực tế - Phân tích kết tính tốn so sánh với kết quan trắc để đề kiến nghị phương pháp thi cơng hợp lý móng cọc mố trụ cầu PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com - 74 - + Hệ số rỗng e0 = 1,124 + Giới hạn chảy LL = 62 % + Giới hạn dẻo PL = 24,4 % + Chỉ số dẻo IP = 37,6 % + Độ sệt IL = 0,46 Lớp 4: Cát lẫn bột hạt nhỏ đến trung, đôi chỗ lẫn sỏi sạn, xám trắng , vàng nhạt, xám vàng, chặt vừa đến chặt, bề dày trung bình 20m, đặc trưng lý: + Độ ẩm W = 18,7 % + Khối lượng riêng tự nhiên ρ = 1,81 g/cm3 + Hệ số rỗng e0 = 1,124 • Số liệu phục vụ tính tốn - Chiều dài cọc đóng mố M1 : 25m - Kích thước cọc : tiết diện (45x45)cm; chiều dài L = 25m - Chiều cao trung bình khối đất đắp đường dẫn sau mố : 2,5m - Thiết bị đóng cọc tự hành : 60T - Cọc bãi chứa sau mố : 100T + Quy tải phân bố đất đắp : 20kN/m3 x 2,5m = 50kN/m2 + Quy tải phân bố thiết bị đóng cọc cọc bãi chứa : 35kN/m2 4.4.1 Sức kháng cắt khơng nước Su Sức kháng cắt khơng nước Su xác định từ thí nghiệm cắt cánh khơng nước Cường độ kháng cắt khơng nước Su đất phụ thuộc độ sâu, biểu thức cường độ sức kháng cắt khơng nước đất yếu theo độ sâu biểu diễn dạng tuyến tính bậc Su= a.z + b, với hệ số a, b xác định từ kết thí nghiệm Từ kết thí nghiệm cắt cánh đất bùn sét bão hòa nước cơng trình Cầu số – Dự án Đơ thị Nhà Bè - Tp Hồ Chí Minh, biểu thức cường độ sức kháng cắt khơng nước đất theo độ sâu biểu diễn dạng: Su=(1,386.z + 8,081)kN/m2 Kết thể hình 4.4.2 tổng hợp từ kết cắt cánh 30 vị trí lấy giá trị trung bình PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com - 75 - Su (KPa) 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 0,0 Giá trị Su trung bình VST 2,0 Linear (Giá trị Su trung bình VST) 4,0 6,0 8,0 10,0 Độ sâu Z (m) 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0 Su = 1.386Z + 8.081 (kPa) (1m < z < 21m) 24,0 Hình 4.4.2: Biểu đồ cường độ kháng cắt khơng thoát nước Su PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 60,0 - 76 - 4.4.2 Các bước tính tốn Trong trường hợp tính tốn cơng trình cụ thể, sở toán phẳng xem tải trọng thiết bị thi cơng cọc bãi chứa có giá trị 35kN/m2 tải trọng đất đắp có giá trị 50kN/m2 tác dụng lên mặt đất cách cọc khoảng 2m + Bước 1: Xem tải trọng thiết bị thi công cọc bãi chứa phân bố có giá trị 35kN/m2 đất đắp sau mố phân bố theo dạng hình thang có giá trị 50kN/m2 từ tính ứng suất theo phương ngang σx(z) độ sâu + Bước 2: Từ kết sức kháng cắt khơng nước theo độ sâu Su=1,386.z + 8,081 tính k0(z) σult(z) độ sâu + Bước 3: Tính chuyển vị ngang cọc u(z) độ sâu 4.4.3 Chuyển vị ngang cọc q trình thi cơng Theo bước tính toán nêu trên, ứng suất tác dụng dọc theo thân cọc, khả chịu tải đất xung quanh cọc, chuyển vị ngang cọc theo độ sâu tính tốn chương trình tự thiết lập phần mềm tính tốn Mathcad (xem phần phụ lục) Kết tính tốn sở phương pháp xác định thành phần ứng suất bán không gian vô hạn giới hạn theo phương ngang thể bảng 4.4.1; 4.4.2 hình 4.4.4 Bảng 4.4.1 Chuyển vị cọc với trường hợp ứng suất ngang tính theo phương pháp bán khơng gian đàn hồi (tải trọng thiết bị thi công 35kN/m 2, tải đất đắp 50kN/m2) z(m) σx(kN/m ) ko(z) σult(kN/m ) u(z) m u(z) cm -15 18,080 18.480 259,84 0,0010 0,0980 -14,5 18,496 17.864 253,60 0,0010 0,1037 -14 18,925 17.248 247,37 0,0011 0,1099 -13,5 19,367 16.632 241,13 0,0012 0,1167 -13 19,824 16.016 234,89 0,0012 0,1241 -12,5 20,294 15.400 228,65 0,0013 0,1321 -12 20,777 14.784 222,42 0,0014 0,1409 -11,5 21,274 14.168 216,18 0,0015 0,1506 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com - 77 - -11 21,783 13.552 209,94 0,0016 0,1613 -10,5 22,303 12.936 203,71 0,0017 0,1731 -10 22,835 12.320 197,47 0,0019 0,1862 -9,5 23,376 11.704 191,23 0,0020 0,2007 -9 23,925 11.088 185,00 0,0022 0,2170 -8,5 24,479 10.472 178,76 0,0024 0,2352 -8 25,036 9.856 172,52 0,0026 0,2558 -7,5 25,590 9.240 166,28 0,0028 0,2792 -7 26,137 8.624 160,05 0,0031 0,3058 -6,5 26,671 8.008 153,81 0,0034 0,3365 -6 27,181 7.392 147,57 0,0037 0,3720 -5,5 27,657 6.776 141,34 0,0041 0,4135 -5 28,082 6.160 135,10 0,0046 0,4626 -4,5 28,432 5.544 128,86 0,0052 0,5214 -4 28,678 4.928 122,63 0,0059 0,5929 -3,5 28,770 4.312 116,39 0,0068 0,6813 -3 28,638 3.696 110,15 0,0079 0,7930 -2,5 28,173 3.080 103,91 0,0094 0,9382 -2 27,197 2.464 97,68 0,0113 1,1337 -1,5 25,426 1.848 91,44 0,0141 1,4131 -1 22,405 1.232 85,20 0,0186 1,8623 -0,5 17,446 616 78,97 0,0288 2,8796 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com - 78 - Bảng 4.4.2 Chuyển vị cọc với trường hợp ứng suất ngang tính theo phương pháp vùng giới hạn (tải trọng thiết bị thi công 35kN/m 2, tải trọng đất đắp 50kN/m 2) z(m) σx(kN/m ) ko(z) σult(kN/m ) u(z) m u(z) cm -15 72,488 18.480 259,84 0,0040 0,4029 -14,5 72,480 17.864 253,60 0,0042 0,4174 -14 72,454 17.248 247,37 0,0043 0,4327 -13,5 72,410 16.632 241,13 0,0045 0,4492 -13 72,349 16.016 234,89 0,0047 0,4669 -12,5 72,269 15.400 228,65 0,0049 0,4859 -12 72,172 14.784 222,42 0,0051 0,5065 -11,5 72,055 14.168 216,18 0,0053 0,5288 -11 71,920 13.552 209,94 0,0055 0,5531 -10,5 71,764 12.936 203,71 0,0058 0,5796 -10 71,589 12.320 197,47 0,0061 0,6088 -9,5 71,395 11.704 191,23 0,0064 0,6410 -9 71,181 11.088 185,00 0,0068 0,6768 -8,5 70,948 10.472 178,76 0,0072 0,7169 -8 70,697 9.856 172,52 0,0076 0,7621 -7,5 70,432 9.240 166,28 0,0081 0,8135 -7 70,155 8.624 160,05 0,0087 0,8726 -6,5 69,873 8.008 153,81 0,0094 0,9413 -6 69,594 7.392 147,57 0,0102 1,0224 -5,5 69,332 6.776 141,34 0,0112 1,1196 -5 69,108 6.160 135,10 0,0124 1,2387 -4,5 68,957 5.544 128,86 0,0139 1,3883 -4 68,935 4.928 122,63 0,0158 1,5825 -3,5 69,136 4.312 116,39 0,0185 1,8458 -3 69,725 3.696 110,15 0,0222 2,2245 -2,5 71,001 3.080 103,91 0,0282 2,8179 -2 73,508 2.464 97,68 0,0388 3,8803 -1,5 78,240 1.848 91,44 0,0632 6,3179 -1,4 79,589 1.725 90,19 0,0725 7,2511 -1,3 81,113 1.602 88,95 0,0855 8,5466 -1,2 82,831 1.478 87,70 0,1055 10,5484 -1,1 84,766 1.355 86,45 0,1474 14,7407 -1 86,943 1.232 85,20 phi tuyến phi tuyến -0,5 102,482 616 78,97 phi tuyến phi tuyến PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com - 79 - 50 100 150 -1 -3 Độ sâu (m) -5 -7 -9 -11 -13 bán không gian đàn hồi Nền giới hạn -15 Ứng suất ngang (kN/m2) Hình 4.4.3: Ứng suất theo phương ngang tác dụng lên cọc Chuyển vị ngang u(z) 10 (cm) 15 20 -0,5 -1 -1,5 -2 -2,5 -3 -3,5 -4 -4,5 -5 -5,5 Độ sâu z (m) -6 -6,5 -7 -7,5 -8 -8,5 -9 -9,5 -10 -10,5 -11 -11,5 -12 -12,5 -13 -13,5 Bán không gian đàn hồi Nền giới hạn -14 -14,5 -15 Hình 4.4.4: Mức độ chuyển vị ngang cọc theo độ sâu z PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com - 80 - Theo kết chuyển vị ngang cọc (hình 4.4.4) thấy chuyển vị ngang cọc lớn Trong trường hợp tính tốn theo kết dự tính ứng suất giới hạn, giá trị chuyển vị ngang cọc vượt xa giá trị chuyển vị ngang cho phép [9], không đảm bảo điều kiện làm việc móng theo thiết kế ban đầu 4.4.4 Chuyển vị ngang cọc trình khai đào hố móng Trong trường hợp tính tốn cho việc khai đào hố móng, sở tốn phẳng xem tải trọng thiết bị thi công 60kN/m2, tải trọng khối đất đắp sau mố 50kN/m2 tác dụng lên mặt đất đồng thời có xét đến tải trọng bổ sung việc khai đào hố móng Đào hố móng tới độ sâu khoảng 2m ta tải trọng khối đất việc khai đào hố móng có giá trị 30,4kN/m2 Do tải trọng tác dụng dọc theo thân cọc bao gồm ba thành phần: Phần tải trọng thiết bị thi cơng có giá trị 60kN/m2 phân bố đều, phần tải trọng khối đất đắp có giá trị 50kN/m2 phân bố theo hình thang tải trọng bổ sung việc khai đào hố móng có giá trị 30,4kN/m2 phân bố Dùng chương trình Mathcad để giải, ta tìm chuyển vị ngang đầu cọc Bảng 4.4.3 Chuyển vị cọc với trường hợp ứng suất ngang tính theo phương pháp bán khơng gian đàn hồi (tải trọng thiết bị thi công 60kN/m 2, tải trọng đất đắp đường dẫn 50kN/m2, tải trọng khai đào hố móng 30,4kN/m 2) z(m) -15 -14,5 -14 -13,5 -13 -12,5 -12 -11,5 -11 -10,5 -10 -9,5 -9 -8,5 -8 -7,5 -7 -6,5 -6 σx(kN/m2) 21,505 22,004 22,520 23,053 23,604 24,171 24,756 25,358 25,976 26,611 27,260 27,922 28,596 29,279 29,968 30,660 31,350 32,033 32,703 Ko(z) 18.480 17.864 17.248 16.632 16.016 15.400 14.784 14.168 13.552 12.936 12.320 11.704 11.088 10.472 9.856 9.240 8.624 8.008 7.392 σult(kN/m2) 259,84 253,60 247,37 241,13 234,89 228,65 222,42 216,18 209,94 203,71 197,47 191,23 185,00 178,76 172,52 166,28 160,05 153,81 147,57 u(z) m 0,0012 0,0012 0,0013 0,0014 0,0015 0,0016 0,0017 0,0018 0,0019 0,0021 0,0022 0,0024 0,0026 0,0028 0,0031 0,0034 0,0037 0,0041 0,0045 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com u(z) cm 0,1166 0,1235 0,1309 0,1390 0,1479 0,1575 0,1681 0,1798 0,1927 0,2069 0,2227 0,2403 0,2600 0,2821 0,3072 0,3357 0,3683 0,4060 0,4499 - 81 - -5,5 -5 -4,5 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 33,353 33,974 34,558 35,093 35,568 35,964 36,260 36,426 36,425 36,276 36,549 6.776 6.160 5.544 4.928 4.312 3.696 3.080 2.464 1.848 1.232 616 141,34 135,10 128,86 122,63 116,39 110,15 103,91 97,68 91,44 85,20 78,97 0,0050 0,0056 0,0064 0,0073 0,0085 0,0101 0,0123 0,0155 0,0209 0,0314 0,0642 0,5017 0,5636 0,6390 0,7326 0,8521 1,0100 1,2289 1,5532 2,0865 3,1447 6,4214 Bảng 4.4.4 Chuyển vị cọc với trường hợp ứng suất ngang tính theo phương pháp vùng giới hạn (tải trọng thiết bị thi công 60kN/m2, tải trọng đất đắp đường dẫn 50kN/m2, tải trọng khai đào hố móng 30,4kN/m 2) z(m) -15 -14,5 -14 -13,5 -13 -12,5 -12 -11,5 -11 -10,5 -10 -9,5 -9 -8,5 -8 -7,5 -7 -6,5 -6 -5,5 -5 -4,5 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,7 -1,65 -1,5 -1 -0,5 σx(kN/m ) 86,284 86,276 86,252 86,212 86,156 86,085 86,000 85,901 85,789 85,667 85,536 85,402 85,267 85,139 85,025 84,934 84,878 84,873 84,934 85,082 85,339 85,733 86,294 87,061 88,088 89,464 91,349 92,846 93,131 94,058 98,107 103,008 ko(z) 18.480 17.864 17.248 16.632 16.016 15.400 14.784 14.168 13.552 12.936 12.320 11.704 11.088 10.472 9.856 9.240 8.624 8.008 7.392 6.776 6.160 5.544 4.928 4.312 3.696 3.080 2.464 2.094 2.033 1.848 1.232 616 σult(kN/m ) 259,84 253,60 247,37 241,13 234,89 228,65 222,42 216,18 209,94 203,71 197,47 191,23 185,00 178,76 172,52 166,28 160,05 153,81 147,57 141,34 135,10 128,86 122,63 116,39 110,15 103,91 97,68 93,93 93,31 91,44 85,20 78,97 u(z) m 0,0049 0,0050 0,0052 0,0054 0,0056 0,0059 0,0061 0,0064 0,0067 0,0071 0,0074 0,0078 0,0083 0,0088 0,0094 0,0101 0,0110 0,0119 0,0131 0,0145 0,0163 0,0186 0,0218 0,0261 0,0327 0,0438 0,0673 0,1154 0,1593 phi tuyến phi tuyến phi tuyến PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com u(z) cm 0,4853 0,5030 0,5220 0,5423 0,5642 0,5879 0,6136 0,6416 0,6723 0,7060 0,7434 0,7850 0,8317 0,8845 0,9449 1,0146 1,0961 1,1927 1,3092 1,4523 1,6322 1,8648 2,1764 2,6140 3,2717 4,3758 6,7329 11,5375 15,9337 phi tuyến phi tuyến phi tuyến - 82 - 50 100 150 -1 -3 Độ sâu (m) -5 -7 -9 -11 -13 bán không gian đàn hồi Nền giới hạn -15 Ứng suất ngang (kN/m2) Hình 4.4.5: Ứng suất theo phương ngang tác dụng lên cọc Chuyển vị nga ng u(z) (cm) Độ sâu z (m) 0 -0,5 -1 -1,5 -2 -2,5 -3 -3,5 -4 -4,5 -5 -5,5 -6 -6,5 -7 -7,5 -8 -8,5 -9 -9,5 -10 -10,5 -11 -11,5 -12 -12,5 -13 -13,5 -14 -14,5 -15 10 15 20 Bán không gian đàn hồi Nền giới hạn Hình 4.4.6: Mức độ chuyển vị ngang cọc theo độ sâu z PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com - 83 - Nhiều kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm cho thấy sức kháng cắt khơng nước đất yếu có khuynh hướng tăng theo độ sâu phụ thuộc đáng kể vào giá trị ứng suất hữu hiệu trọng lượng thân Kết thí nghiệm cắt cánh trường khu vực cho thấy điều tương tự Mặc dù ứng suất theo phương ngang tác dụng dọc theo thân cọc khơng có xu hướng thay đổi rõ rệt sức kháng cắt tương ứng phản lực đất gần mặt đất bé nên khả cọc bị xô ngang nhiều Trong trường hợp xem bán không gian đàn hồi vô hạn, ứng suất tác dụng gây chuyển vị ngang đầu cọc độ sâu 0,5m 2,9cm đạt giá trị 6,4cm khai đào hố móng Trong trường hợp xem vị trí đầu cọc sai lệch đáng kể Thực tế trường cho thấy có mặt cọc, vùng bị giới hạn chuyển vị vị trí cọc, ứng suất tác dụng lên thân cọc lớn cọc bị chuyển vị ngang nhiều Kết tính tốn phân bố ứng suất giới hạn cho thấy cọc bị xô ngang đáng kể giá trị chuyển vị ngang cọc độ sâu 1,1m có biên độ 14,7cm khai đào hố móng giá trị chuyển vị ngang độ sâu 1,65m 15,9cm vượt xa giá trị cho phép Từ kết tính tốn thấy phạm vi từ → 1,5m đất phá hoại theo phương ngang tải trọng tác dụng bề mặt, chuyển vị ngang cọc trường hợp xác định xác giá trị chuyển vị chắn vượt q giá trị tính tốn độ sâu lớn Như biện pháp sử dụng cọc đóng cho thi công mố cầu đất yếu trường hợp địa hình phân cắt mạnh mẽ khơng hợp lý Ngoài lưu ý đoạn cọc biến dạng phi tuyến chủ yếu gần mặt đất phạm vi 5m trở lại gây moment lớn phạm vi Còn từ độ sâu 5m trở xuống khuynh hướng phân bố ứng suất chuyển vị ngang cọc gần tuyến tính Chuyển vị ngang đầu cọc đóng hay ép điều kiện đất yếu khu vực Tp Hồ Chí Minh đồng Sông Cửu Long ghi nhận nhiều thi cơng cơng trình dân dụng cầu đường Trong đa số trường hợp ghi nhận được, PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com - 84 - giá trị chuyển vị ngang đầu cọc vượt giá trị cho phép, cá biệt có trường hợp giá trị chuyển vị vượt 1m 4.5 Kết luận chương Kết tính tốn cho thấy, tác dụng tải trọng thiết bị thi công tải trọng khối đất đường dẫn bố trí khơng đối xứng bề mặt, đất yếu áp lực ngang dọc theo thân cọc xuất có giá trị lớn gần bề mặt làm cho đoạn cọc gần bề mặt chuyển vị ngang lớn Đặc điểm chuyển vị ngang đoạn cọc gần mặt đất có tính phi tuyến giá trị vượt giới hạn cho phép Chuyển vị ngang cọc xảy tập trung chủ yếu độ sâu từ mặt đất đến 5m Từ độ sâu 5m trở xuống cọc có chuyển vị ngang nhỏ có quan hệ tuyến tính bậc Trong đất rời tải trọng thiết bị thi công tải trọng khối đất đường dẫn lớn bề mặt chuyển vị ngang cọc nhỏ đảm bảo điều kiện thi công PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com -85- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Do đặc thù cấu tạo địa chất, đầu cọc mố cầu khu vực thường đặt đất rời loại đất khơng có thành phần lực dính hay đất yếu loại đất có khả chịu tải bé, biến dạng lớn Dưới tác dụng tải trọng không đối xứng khối đất đắp sau mố thiết bị thi công, cọc bị xơ ngang, nghiêng lệch tâm q trình thi cơng Kết tính tốn phân tích mức độ chuyển vị ngang đầu cọc theo liệu thực tế có xét đến phân bố ứng suất vô hạn giới hạn cho phép rút kết luận sau: Cọc đất rời đất yếu có khuynh hướng chuyển vị ngang phía sơng q trình thi cơng đóng cọc đào hố móng Với cọc đóng có kích thước tiết diện lớn (45x45)cm thi cơng điều kiện đất rời chuyển vị ngang đầu cọc đạt giá trị xấp xỉ 2,5cm, phạm vi giới hạn cho phép Cọc đóng điều kiện địa chất đất yếu khu vực mố cầu bị chuyển vị ngang với giá trị vượt giá trị giới hạn cho phép nhiều lần tác dụng khối đất đắp sau mố thiết bị thi công Khi tải trọng gây áp lực vượt khả chịu tải đất nền, chuyển vị ngang cọc có đặc điểm phi tuyến giá trị chuyển vị khơng khống chế Tính tốn chuyển vị ngang cọc theo phân bố ứng suất giới hạn cho kết gần với thực tế quan trắc PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com -86- Kiến nghị Từ kết tính tốn phân tích tốn thực tế, kiến nghị q trình thi cơng cọc mố cầu đề nghị sau: - Sử dụng công thức thực nghiệm tính tốn ứng suất giới hạn cho phép đánh giá khả chuyển vị ngang cọc thi công mố cầu - Khi thi công cọc đất rời khả chuyển vị ngang cọc có, cần thiết phải sử dụng cọc có kích thước lớn để gia tăng phản lực đất nhằm đảm bảo điều kiện ổn định Trong trường hợp cọc có kích thước bé cần thiết tránh chênh lệch tải trọng mức phía trước sau mố - Có thể bố trí cọc đóng nghiêng âm trước để bù vào chuyển vị nghiêng dương sở giá trị chuyển vị cọc dự báo trước - Trong đất yếu nên sử dụng cọc khoan nhồi có ống vách chống, nhờ kích thước lớn cọc nên khả chuyển vị ngang cọc hạn chế - Trong trường hợp cọc đóng có kích thước hạn chế, nên đắp đất qua khỏi mố để hạn chế độ chênh lệch tải trọng bề mặt gây nghiêng cọc - Cần nghiên cứu bổ sung thực nghiệm, quan trắc sở lý thuyết tính tốn chuyển vị ngang cọc theo độ sâu, phân bố ứng suất dọc theo thân cọc, kích thươc độ cứng cọc PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com -87- TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Châu Ngọc Ẩn: Cơ Học Đất, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2004 [2] Châu Ngọc Ẩn: Nền Móng cơng trình, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội, 2008 [3] Hồ sơ khảo sát địa chất Cầu Hùng Vương –Tp Tuy Hòa –Tỉnh Phú Yên, 2005 [4] Hồ sơ khảo sát địa chất Dự án đô thị Nhà Bè GS Metrocity, TpHCM 2008 [5] Vũ Cơng Ngữ: Móng cọc phân tích thiết kế, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 2006 [6] Bùi Trường Sơn, Đinh Hồng Quân: Khả nghiêng cọc q trình thi cơng móng đất yếu khu vực thành phố Hồ Chí Minh, tạp chí Địa Kỹ Thuật, số năm 2008, trang 30 - 35 [7] Bùi Trường Sơn: Phân bố ứng suất biến dạng đàn hồi giới hạn, Hội Nghị Khoa học & Công nghệ lần 10, Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM, tháng 10-2007, trang 284-290 [8] TCXD 205 - 1998, Móng cọc – Tiểu chuẩn thiết kế [9] TCN 266 - 2000, Cầu Cống quy phạm thi công nghiệm thu [10] N.A Xưtôvich: Cơ học đất, Nhà xuất Nông Nghiệp Hà Nội, 1987 [11] M Arockiasamy, P.E.; Narongrit Butrieng; and M.Sivakumar: State-ofthe-Art of Integral Abutment Bridges: Design and Practice, Journal of bridge engineering  ASCE, 9/10-2004 [12] Joseph E.Bowles, P.E., S.E: Foundation analysis and design, The McGrawHill Companies, Inc., 1997 [13] Susan Faraji, John M Ting, Members, ASCE, Daniel S Crovo, and Helmut Ernst: Nonlinear analysis of Integral Bridges: Finite-Element Model, Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering, 5-2001 [14] H G Poulos, E H.Davis: Pile foundation analysis anh design, the University of Sydney, 1980 [15] Shamsher Prakash - Hari D.Sharma: Móng cọc thực tế xây dựng (bản dịch), Nhà xuất Xây Dựng, 1999 [16] Z.G Ter-Martirosyan: Rheological parameters of soils and design of foundations, Oxford & IBH publishing co PVT LTD, 1992 [17] M J Tomlinson: Foundation design and construction, Prentice Hall, 2001 [18] В.Г Федоровский, С.Н Лебачев, С.В Курилло, Ю.М Колесников: Сваи в гидротехническом строительстве, Изд Ассоциации строительных вузов, Москва, 2003 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com TÓM TẮT LÝ LỊCH HỌC VIÊN Họ tên học viên: NGUYỄN KHOA KHANH Ngày, tháng, năm sinh: 16/10/1975 Nơi sinh: Tỉnh Phú Yên Địa liên lạc: 105/7 Bình Quới, Phường 27, Quận Bình Thạnh, Tp Hồ Chí Minh Điện thoại: 22100513 - 0978678675 Q TRÌNH ĐÀO TẠO § Từ năm 1994 - 1999: Học ngành Cầu Đường, khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh § Từ năm 2007 - 2009: Học viên Cao học ngành Cầu - Hầm, Trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Q TRÌNH CƠNG TÁC § Từ tháng 4-1999 đến tháng -2001: Công tác Cơng ty TNHH Xây Dựng – Vận Tải Hồng Ngân § Từ tháng - 2001 đến nay: Công tác Sở Giao thông vận tải tỉnh Phú Yên PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com ... TẮT Cọc mố cầu bị chuyển vị ngang q trình thi cơng Hiện tượng cọc chuyển vị ngang tác động tải trọng khối đất đắp đường dẫn vào cầu sau mố thi? ??t bị thi công Đề tài ? ?Khả chuyển vị ngang cọc thi công. .. I – Tên đề tài: KHẢ NĂNG CHUYỂN VỊ NGANG CỦA CỌC TRONG THI CÔNG MỐ CẦU II – Nhiệm vụ nội dung luận văn: 1-Nhiệm vụ: Đánh giá khả chuyển vị ngang cọc q trình thi cơng đóng cọc mố cầu tải trọng... GIÁ KHẢ NĂNG VÀ MỨC ĐỘ CHUYỂN VỊ NGANG CỦA CỌC KHI THI CƠNG MỐ CẦU 4.1 Tính tốn xác định chuyển vị ngang cọc đất rời 54 4.2 Tính tốn xác định chuyển vị ngang cọc đất yếu 56 4.3 Chuyển vị